星明天文台

国内外享有盛誉的业余天文台,在这里汇聚了众多的顶尖爱好者。我们致力于彗星,小行星,超新星,新星等各类新天体的发现。

千呼万唤始出来——EHT将宣布一项关于银河系中心的突破性成果

作者|赵经远

审核|邹乾一

编辑|杜飞

  上面的音乐来自NASA,科学家将使用哈勃空间望远镜(HST,观测波段为可见光)、斯皮策空间望远镜(SST,观测波段为红外)和钱德拉X射线天文台(CXO,观测波段为X射线)合成的银河系中心区域图像数据可听化,制作了这段空灵飘渺的“银河之声”。相关信息可阅读参考资料8。

  不知道各位小伙伴还记得三年前的4月10日吗?北京时间当晚,事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)项目合作组织在全球六地召开发布会,公布了人类获取的首张黑洞事件视界的照片,开启了黑洞物理学研究的新方向,可谓轰动一时。这张照片中的黑洞被网友昵称为“甜甜圈”,并制作了大量表情包,迅速走红网络。

2019年4月10日晚EHT项目合作组织公布的M87*图像(图片来源于EHT)

  三年前公布的黑洞事件视界的照片,来自M87星系中心黑洞(即M87*,“*”读作“星”,下同),它位于室女座方向,质量是太阳的65亿倍,距离太阳约5500万光年。在文末的参考资料2可重温当年上海天文台的发布会盛况。

  “M87黑洞的成像绝不是EHT的终点站。”三年后的2022年5月12日,北京时间21时,EHT将再次召开发布会,宣布一项突破性成果!这次发布会将于全球多地同步举行:墨西哥城、德国加兴、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京、美国华盛顿等地区。在发布会上,EHT项目合作组织将公布银河系中心的观测结果。

上海天文台发布的通知(截图自上海天文台官网)

  虽然我们目前并不完全确定这次发布会将会宣布什么,但综合目前所知信息,根据上海天文台、欧洲南方天文台、美国国家科学基金会等机构发布的通知中所说的“银河系”、“银河系中心”,再结合通知的措辞(与2019年那次发布会非常相似!)以及EHT的用途(观测黑洞),合理猜测此次发布会将会揭示银河系中心黑洞(即人马座A*)的神秘面纱。

HST、SST和CXO数据合成的银河系中心区域图像(图片来源于NASA)

  人马座A*是距离我们最近的超大质量黑洞,是黑洞物理学研究的绝佳目标。德国天文学家赖因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和美国天文学家安德莉亚·盖兹(Andrea Ghez)因发现人马座A*是超大质量致密天体,共享2020年诺贝尔物理学奖的一半[另一半授予英国物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),他发现黑洞是广义相对论的预言]。

2020年诺贝尔物理学奖得主(图片来源于诺贝尔奖官网)

  由于银河系中心附近区域密布着大量星际尘埃,通过光学波段无法一窥人马座A*的真实面目,所以天文学家们只能借助波长更长、可以穿过尘埃的射电波段。虽然人马座A*是距离我们最近的超大质量黑洞,但仍然非常遥远,其角直径很小,观测它相当于看40万千米外直径不到5厘米的物体,因此需要很高的分辨率。在相同观测波段下,望远镜口径越大则分辨率越高,对于1毫米左右的波段,要分辨出人马座A*的事件视界,需要的射电望远镜口径要有地球那么大,听起来很难实现,但什么困难都难不倒聪明的人类。

马丁·赖尔(左)和安东尼·休伊森(右)(图片来源于诺贝尔奖官网)

  上世纪60年代,英国天文学家马丁•赖尔(Martin Ryle)发明了综合孔径技术,它的原理是:同时使用多台望远镜观测同一目标,经过干涉,得到的分辨率等效于一台虚拟的巨型望远镜,虚拟望远镜的直径相当于这些真实望远镜之间的最大间隔距离。这一发明大大提高了射电望远镜的分辨率,赖尔因此获得了1974年诺贝尔物理学奖的一半[另一半的获得者是发现脉冲星的英国天文学家安东尼·休伊森(Antony Hewish)]。EHT所用的甚长基线干涉技术(VLBI),其原理与综合孔径技术基本相同,只是望远镜分布的更加遥远。

截至2020年加入EHT的射电望远镜(阵列)及其分布(图片来源于EHT项目合作组织)

  事实上,EHT动用了全球各地的多台射电望远镜(阵列),利用VLBI形成一个口径相当于地球直径的虚拟望远镜,从而达到观测人马座A*的目的。其观测波段为1.3毫米的射电波段,可以轻易穿透星际尘埃。

  虽然人马座A*相对于M87*来说距离我们很近,只有2.7万光年,但它的质量只有太阳的430万倍,所以其真实直径也更小。综合距离和真实直径,可以得出人马座A*和M87*的角直径差不多大,再加上其他一些因素,观测人马座A*并不比M87*容易。

  “千呼万唤始出来”,如今EHT对银河系中心的观测结果呼之欲出,其真实面目如何,小星和大家一起拭目以待~

计算机模拟生成的人马座A*图像(图片来源于Vincent L. Fish et al./Astrophysical Journal)

END

参考资料

1、Event Horizon Telescope collaboration to announce groundbreaking Milky Way results on May 12th, 2022, at 13:00 UT,事件视界望远镜项目合作组织,https://eventhorizontelescope.org/blog/event-horizon-telescope-collaboration-announce-groundbreaking-milky-way-results-may-12th

2、人类首张黑洞照片公布,新华网,http://www.xinhuanet.com/politics/ksh/zhibo/201904/3731328.html

3、银河系中心黑洞质量有了最精确测量,中国科学院,https://www.cas.cn/kj/202112/t20211216_4818494.shtml

4、Vincent L. Fish et al 2014 ApJ 795 134

5、事件视界望远镜项目合作组织官网,https://eventhorizontelescope.org/

6、Sagittarius A*,wikipedia,https://en.m.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*

7、Messier 87,wikipedia,https://en.m.wikipedia.org/wiki/Messier_87

8、Data Sonification: Sounds from Around the Milky Way,钱德拉X射线天文台,https://chandra.cfa.harvard.edu/photo/2020/sonify/

有关EHT的更多疑问,欢迎大家在评论区留言,小星会为你一一解答哦~

关注微信公众号/新浪微博“星明天文台”,和小星一起踏遍星辰,收获浪漫吧~